GSM系统的起源和发展

kinpoagilent

GSM系统的起源和发展


近十多年来，随着计算机、程控交换和数字通信技术的发展，移动通信汇集了有线通信和无线通信的最新技术成果，已成为现代通信的重要组成部分和未来个人通信的重要基础。特别是蜂窝小区技术的迅速发展，为用户彻底摆脱终端设备的束缚、实现完整的个人移动性提供了可靠的传输手段和接续方式。目前，无线通信已成为电信领域中最灵活方便、最受人们欢迎、发展速度最快的先进通信技术的支柱之一。
众所周知，移动通信的主要目的是实现任何时间、任何地点和任何通信对象之间的通信。其基本是向用户提供一张象个人身份证一样的唯一的通信智能卡，无论在家中、办公室或移动中，都能用这张智能卡借助各类固定的和移动的终端设备实现主叫或被叫的通信，它是高级阶段的个人通信，将成为21世纪的主要通信手段之一。

移动通信系统的发展
第一代模拟蜂窝移动通信系统
移动通信的发展，可以追溯到本世纪20年代。这个时期主要完成通信实验和电波传输实验工作，在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统。从40年代到70年代，各种移动通信系统相继建立，在技术上实现了移动电话系统和公众电话网的连接。
蜂窝组网原理是由美国贝尔实验室提出的，其目的是为了解决常规移动通信系统频谱匮乏，容量小，服务质量差及频谱利用率低等问题。蜂窝网理论为移动通信技术的发展和新一代多功能设备的产生奠定了基础。
蜂窝移动通信利用了无线通信，有线通信和计算机通信的最新技术成果，是技术密集的新的移动通信方式。80年代初，以频率复用，多波道共用技术和全自动接入公共电话网的小区制，大容量蜂窝式移动通信系统，在美国，日本，瑞典等国家先后投入使用。这些系统被称为第一代蜂窝式移动通信系统。
AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 1979年，在美国芝加哥进行实验,并于1983年正式开通。
TACS(Total Access Communication System) 1985年,英国
NMT(Nordic Mobile Telephone),1981年，北欧等国
HCMTS(High Capacity Telephone System), 日本

第二代蜂窝数字蜂窝移动通信系统
虽然模拟移动通信系统发展很快，但其技术上存在局限性，容量小，难以提供非话业务，语音质量不高，保密性差，难以和综合业务数字网（ISDN）互连，而且设备不能实现小型化，制式不统一，特别是欧洲各国模拟制式很多。这些因素限制了模拟系统的进一步发展，因此，一些发达国家70年代初就着手考虑数字移动系统的开发。
1982年，欧洲邮电管理委员会（CEPT）成立了一个在ETSI（欧洲电信标准协会）下的“移动特别小组”（Special Mobile Group），开发数字移动通信技术。1987年，就泛欧数字蜂窝系统的GSM规范达成一致意见， 1991年，GSM 900MHz数字蜂窝移动通信系统在欧洲问世，从此，移动通信跨入了第二代。随着设备的开发和数字蜂窝通信网的建立，GSM逐渐成为欧洲蜂窝移动通信系统的代名词，即Global System for Mobile Communications。GSM 的一个突出的特点是具有严密的接口技术规范，各种接口协议明确。另一个特点是GSM的规范原则与ISDN的原则一致，保证了ISDN的互通。与模拟系统相比，数字系统容量大，频谱利用率高，通信质量好，业务种类多，保密性高，终端小巧轻便，成本低。
除泛欧GSM/DCS1800以外，北美的DAMPS及CDMA,日本的PDC等制式也同属第二代蜂窝数字蜂窝移动通信系统。
美国在数字蜂窝移动通信的起步较欧洲迟缓。除了制定了与欧洲类似的基于TDMA的 IS-54,IS-136标准的数字网，美国Qualcomm（高通）公司还提出了一种采用码分多址CDMA方式的技术方案。1992年，高通公司提出了码分多址的数字蜂窝通信系统的建议和标准，该建议于1993年被CTIA和TIA批准为IS-95标准。IS-95也是双模制式，支持与FDMA的模拟AMPS兼容。1996年，CDMA系统投入运营。CDMA技术因其固有的抗多径衰落的性能，并且具有软容量，软切换，系统容量大，可运用分集接受等先进技术，使得CDMA系统在移动通信领域的应用倍受青睐。

第三代全球移动通信系统
为了统一全球移动通信标准和频段，达到3G全球漫游的目的，提高移动通信的频谱利用率和数据业务传输速率，并满足用户多媒体业务的需求，是推动第三代移动通信系统发展的主要动力。且第三代移动通信并不是横空出世的产物,而是在第二代移动通信标准上发展起来的一种新技术。
GSM网络向第三代移动通信演进的策略，已经是十分紧迫的问题。GPRS“通用分组无线业务”(General Packet Radio Service)是 GSM向第三代移动通信系统演进的一个重要环节， GPRS对GSM及 3G的前后向兼容性能够充分保护运营商和移动用户的利益。另外，EDGE“GSM增强数据率”(Enhanced Data rates for GSM Evolution)被看作是一个可提供高速移动数据业务的过渡方案，它支持业务速率可达 384kbit/s。从GSM演进到UMTS，GPRS和EDGE是一个非常关键的阶段，属二代半的系统。
第三代移动通信是近20年来现代移动通信技术发展和实践的总结，是实现任何人(Whoever)在任何时间(Whenever),任何地点(Wherever),能够向任何其他人(Whomever)传送任何信息(Whatever)的通信。1985年ITU TG8／1成立时，当时昂贵的第一代模拟移动通信系统在全世界仅有几十万用户，没想到二十多年后，移动通信竟成为通信领域中的主流。1996年，ITU（国际电信联盟）正式确认使用IMT－2000这个名称,1997年，确定了基本要求和征求RTT建议。
IMT-2000是为满足无线通信的近期目标进行设计的，以无线媒质作为接入和传输手段的移动通信网络,包括地面和卫星移动通信的综合移动通信系统，在ITU，即称第三代网络为IMT-2000，在欧洲，则称为UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）,IMT-2000中主要的目标无线接入技术有：
IMT-DS, 又称 UMTS FDD   W-CDMA接入技术  (Direct Sequence)
IMT-TC, 又称 UMTS TDD   W-CDMA+TDMA     (Time Code)
IMT-MC, 又称 CDMA2000   W-CDMA接入技术  (Multi Carrier)
IMT-SC, (UWC-136 TDMA)  EDGE/TDMA技术   (Sigle Carrier)
IMT-2000空中接口的主要目标为实现：

全球覆盖和移动，比特率为144kbit/s，最高比特率为384kbit/s；
有限覆盖和移动，比特率为2Mbit/s；
与现有系统相比，有更高的频谱利用率；
可很灵活地引入新的多媒体业务。
欧洲第三代移动通信所确定的技术标准格局，体现了一致性以便实现不同网络间漫游的初衷，同时也照顾到不同运营商向第三代系统演进的个性，是一个技术和市场需求相结合的方案，为第三代系统在全球的顺利构筑提供了基础。


GSM的发展史
GSM数字移动通信系统史源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动通信系统在运营。当时的欧洲共有以下一些无线移动系统：
NMT/450（北欧移动电话）：     丹麦，芬兰、挪威，
NMT /900（1981）：                  瑞典，西班牙，冰岛
NMT/450-兼容系统：         荷兰，比利时，卢森堡
NMT/450的类似系统：             奥地利
TACS（全接入通信系统）：       UK（United Kingdom）
Eire（1985），奥地利
NET-C系统：                         FRG（Federal Republic of  Germany）
（1985），德联邦共和国
Radiocom 2000系统：         法国（1985）
RTMS系统：                             意大利（1987）
这些系统均为国内系统，它要求使用指定的移动台，互不兼容。其致命弱点是：
各系统间没有公开接口；
无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数据的承载业务很难开展；
频谱利用率低，无法适应大容量的需要；
安全保密性差，易被窃听，易做假机。
所以，这些系统均只能在本系统中使用。为了方便全欧洲能统一使用移动电话，北欧国家于1982年向CEPT（Conference of European Posts and Telecommunication：欧洲邮政电信管理部门会议）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上成立了一个在ETSI（欧洲电信标准协会）下的“移动特别小组”（Group Special Mobile），简称“GSM”，开始制定使用于各国的一种数字移动通信系统的技术规范。
1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。
1987年9月7日，来自欧洲17个国家的运营者和管理者在哥本哈根签署了一项关于在1991年实现泛欧900MHz数字蜂窝移动通信标准的谅解备忘录（MOU），随后成立了MOU组织，其作用是：

入网许可：
GSM网中使用的移动设备都应进行入网许可，这是为了保证GSM的安全性，防止用户之间的无线电频谱干扰。因此，GSM MOU组织与CEPT达成协议，所有的移动设备要按统一的标准进行检测。设备只要通过“入网许可”，那么所有运营GSM网的成员国的运营者都应认可。同时还成立了入网检测部门，负责检测咨询和授权对全欧所有型号的设备进行检测。通过统一标准，为运营者公布新入网的设备型号，并允许“入网许可”的移动设备在欧洲范围内所有成员国的GSM网运营者中自由销售和使用。

保密管理：
GSM系统对话音和数据都可加密，MOU组织负责管理和提供加密算法，防止用于其他目的。GSM网络运营者一旦选用了加密算法，就应在MOU组织的监督下，负责对算法保密，防止GSM网中的非法盗用。另外，MOU组织还成立了一个数据小组，负责研究GSM有关数据加密方面的问题，这包括数据保护等问题。

漫游测试：
规定联网国家之间的国际漫游测试规范，使漫游用户在GSM网访问地可做被叫和发起呼叫。另外，MOU组织还规定，在任何运营GSM的国家，GSM漫游应是自动的而不应人为限制。

计费方面：
统一计费原则。考虑到竞争，不应试图统一资费标准，但重要的是在GSM网运营者中有共同的原则，即使用户短暂使用其他运营者GSM网，某些信息也应该是连续的。
计费数据互换的商务安排。包括明确结算费率和税率、争议的处理、在有效时限内将用户的帐单有效交换至归属地的频次、推荐运营者之间结算格式。
计费数据交换。漫游用户的费用累计在被访局，由归属局向用户收费。但重要的是要有标准统一的结算设备。MOU组织开发了统一的技术标准用户运营者之间的计费系统。

服务：
在GSM服务方面，许多工作是制定相关规定和商务协调，诸如业务要求和业务实施进度。该组织已有相关手册来描述这些用户关心的内容。

MOU成员：
具有运营GSM 900MHz－GSM业务执照的网络运营者和欧洲电信管理者都可以成为其成员，但要承担资金赞助的义务。加入该组织的程序是由MOU主席提名，全体大会表决通过。
目前，宣布采用GSM系统并参加MOU的国家已经不限于欧洲。至1995年初，全世界共有69个国家约118个经营者参加了MOU，其中有一半是亚非国家。中国电信总局代表下的各省邮电管理局，在1995年2月南非开普敦召开的第30次GSM MOU全体会议上，加入了该组织。
随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐步成为欧洲移动通信网的代名词，欧洲的专家们将GSM重新命名为“Global System for Mobile Communication”，变成了“全球移动通信系统”的简称。而将原来GSM有关的技术职能交给了ETSI。ETSI是欧洲电信标准协会，其职责是开发所有电信领域的新标准。鉴于数字移动业务的蓬勃发展，其标准制定也愈显其重要性。为此，ETSI在众多的技术委员会（TC）中，增设了“特别移动小组”（TC－SMG），用以负责有关数字移动业务标准的制定，SMG GSM900和DCS1800标准的制定，并负责GSM的技术规范；而GSM的MOU将转向商务方面，如计费、漫游的协调、业务开始的时间计划等等。SMG共分为9个分技术委员会，包括GSM标准的所有技术方面。SMG1/2/3/4和SMG9五个分技术委员会处理GSM全系统的核心规范；SMG7和SMG8处理测试方面的规范；SMG7也是MS能够得到型号批准的基础；SMG6规范用于处理GSM网的操作和维护功能。

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GSM系统的起源和发展


近十多年来，随着计算机、程控交换和数字通信技术的发展，移动通信汇集了有线通信和无线通信的最新技术成果，已成为现代通信的重要组成部分和未来个人通信的重要基础。特别是蜂窝小区技术的迅速发展，为用户彻底摆脱终端设备的束缚、实现完整的个人移动性提供了可靠的传输手段和接续方式。目前，无线通信已成为电信领域中最灵活方便、最受人们欢迎、发展速度最快的先进通信技术的支柱之一。
众所周知，移动通信的主要目的是实现任何时间、任何地点和任何通信对象之间的通信。其基本是向用户提供一张象个人身份证一样的唯一的通信智能卡，无论在家中、办公室或移动中，都能用这张智能卡借助各类固定的和移动的终端设备实现主叫或被叫的通信，它是高级阶段的个人通信，将成为21世纪的主要通信手段之一。

移动通信系统的发展
第一代模拟蜂窝移动通信系统
移动通信的发展，可以追溯到本世纪20年代。这个时期主要完成通信实验和电波传输实验工作，在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统。从40年代到70年代，各种移动通信系统相继建立，在技术上实现了移动电话系统和公众电话网的连接。
蜂窝组网原理是由美国贝尔实验室提出的，其目的是为了解决常规移动通信系统频谱匮乏，容量小，服务质量差及频谱利用率低等问题。蜂窝网理论为移动通信技术的发展和新一代多功能设备的产生奠定了基础。
蜂窝移动通信利用了无线通信，有线通信和计算机通信的最新技术成果，是技术密集的新的移动通信方式。80年代初，以频率复用，多波道共用技术和全自动接入公共电话网的小区制，大容量蜂窝式移动通信系统，在美国，日本，瑞典等国家先后投入使用。这些系统被称为第一代蜂窝式移动通信系统。
AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 1979年，在美国芝加哥进行实验,并于1983年正式开通。
TACS(Total Access Communication System) 1985年,英国
NMT(Nordic Mobile Telephone),1981年，北欧等国
HCMTS(High Capacity Telephone System), 日本

第二代蜂窝数字蜂窝移动通信系统
虽然模拟移动通信系统发展很快，但其技术上存在局限性，容量小，难以提供非话业务，语音质量不高，保密性差，难以和综合业务数字网（ISDN）互连，而且设备不能实现小型化，制式不统一，特别是欧洲各国模拟制式很多。这些因素限制了模拟系统的进一步发展，因此，一些发达国家70年代初就着手考虑数字移动系统的开发。
1982年，欧洲邮电管理委员会（CEPT）成立了一个在ETSI（欧洲电信标准协会）下的“移动特别小组”（Special Mobile Group），开发数字移动通信技术。1987年，就泛欧数字蜂窝系统的GSM规范达成一致意见， 1991年，GSM 900MHz数字蜂窝移动通信系统在欧洲问世，从此，移动通信跨入了第二代。随着设备的开发和数字蜂窝通信网的建立，GSM逐渐成为欧洲蜂窝移动通信系统的代名词，即Global System for Mobile Communications。GSM 的一个突出的特点是具有严密的接口技术规范，各种接口协议明确。另一个特点是GSM的规范原则与ISDN的原则一致，保证了ISDN的互通。与模拟系统相比，数字系统容量大，频谱利用率高，通信质量好，业务种类多，保密性高，终端小巧轻便，成本低。
除泛欧GSM/DCS1800以外，北美的DAMPS及CDMA,日本的PDC等制式也同属第二代蜂窝数字蜂窝移动通信系统。
美国在数字蜂窝移动通信的起步较欧洲迟缓。除了制定了与欧洲类似的基于TDMA的 IS-54,IS-136标准的数字网，美国Qualcomm（高通）公司还提出了一种采用码分多址CDMA方式的技术方案。1992年，高通公司提出了码分多址的数字蜂窝通信系统的建议和标准，该建议于1993年被CTIA和TIA批准为IS-95标准。IS-95也是双模制式，支持与FDMA的模拟AMPS兼容。1996年，CDMA系统投入运营。CDMA技术因其固有的抗多径衰落的性能，并且具有软容量，软切换，系统容量大，可运用分集接受等先进技术，使得CDMA系统在移动通信领域的应用倍受青睐。

第三代全球移动通信系统
为了统一全球移动通信标准和频段，达到3G全球漫游的目的，提高移动通信的频谱利用率和数据业务传输速率，并满足用户多媒体业务的需求，是推动第三代移动通信系统发展的主要动力。且第三代移动通信并不是横空出世的产物,而是在第二代移动通信标准上发展起来的一种新技术。
GSM网络向第三代移动通信演进的策略，已经是十分紧迫的问题。GPRS“通用分组无线业务”(General Packet Radio Service)是 GSM向第三代移动通信系统演进的一个重要环节， GPRS对GSM及 3G的前后向兼容性能够充分保护运营商和移动用户的利益。另外，EDGE“GSM增强数据率”(Enhanced Data rates for GSM Evolution)被看作是一个可提供高速移动数据业务的过渡方案，它支持业务速率可达 384kbit/s。从GSM演进到UMTS，GPRS和EDGE是一个非常关键的阶段，属二代半的系统。
第三代移动通信是近20年来现代移动通信技术发展和实践的总结，是实现任何人(Whoever)在任何时间(Whenever),任何地点(Wherever),能够向任何其他人(Whomever)传送任何信息(Whatever)的通信。1985年ITU TG8／1成立时，当时昂贵的第一代模拟移动通信系统在全世界仅有几十万用户，没想到二十多年后，移动通信竟成为通信领域中的主流。1996年，ITU（国际电信联盟）正式确认使用IMT－2000这个名称,1997年，确定了基本要求和征求RTT建议。
IMT-2000是为满足无线通信的近期目标进行设计的，以无线媒质作为接入和传输手段的移动通信网络,包括地面和卫星移动通信的综合移动通信系统，在ITU，即称第三代网络为IMT-2000，在欧洲，则称为UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）,IMT-2000中主要的目标无线接入技术有：
IMT-DS, 又称 UMTS FDD   W-CDMA接入技术  (Direct Sequence)
IMT-TC, 又称 UMTS TDD   W-CDMA+TDMA     (Time Code)
IMT-MC, 又称 CDMA2000   W-CDMA接入技术  (Multi Carrier)
IMT-SC, (UWC-136 TDMA)  EDGE/TDMA技术   (Sigle Carrier)
IMT-2000空中接口的主要目标为实现：

全球覆盖和移动，比特率为144kbit/s，最高比特率为384kbit/s；
有限覆盖和移动，比特率为2Mbit/s；
与现有系统相比，有更高的频谱利用率；
可很灵活地引入新的多媒体业务。
欧洲第三代移动通信所确定的技术标准格局，体现了一致性以便实现不同网络间漫游的初衷，同时也照顾到不同运营商向第三代系统演进的个性，是一个技术和市场需求相结合的方案，为第三代系统在全球的顺利构筑提供了基础。


GSM的发展史
GSM数字移动通信系统史源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动通信系统在运营。当时的欧洲共有以下一些无线移动系统：
NMT/450（北欧移动电话）：     丹麦，芬兰、挪威，
NMT /900（1981）：                  瑞典，西班牙，冰岛
NMT/450-兼容系统：         荷兰，比利时，卢森堡
NMT/450的类似系统：             奥地利
TACS（全接入通信系统）：       UK（United Kingdom）
Eire（1985），奥地利
NET-C系统：                         FRG（Federal Republic of  Germany）
（1985），德联邦共和国
Radiocom 2000系统：         法国（1985）
RTMS系统：                             意大利（1987）
这些系统均为国内系统，它要求使用指定的移动台，互不兼容。其致命弱点是：
各系统间没有公开接口；
无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数据的承载业务很难开展；
频谱利用率低，无法适应大容量的需要；
安全保密性差，易被窃听，易做假机。
所以，这些系统均只能在本系统中使用。为了方便全欧洲能统一使用移动电话，北欧国家于1982年向CEPT（Conference of European Posts and Telecommunication：欧洲邮政电信管理部门会议）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上成立了一个在ETSI（欧洲电信标准协会）下的“移动特别小组”（Group Special Mobile），简称“GSM”，开始制定使用于各国的一种数字移动通信系统的技术规范。
1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。
1987年9月7日，来自欧洲17个国家的运营者和管理者在哥本哈根签署了一项关于在1991年实现泛欧900MHz数字蜂窝移动通信标准的谅解备忘录（MOU），随后成立了MOU组织，其作用是：

入网许可：
GSM网中使用的移动设备都应进行入网许可，这是为了保证GSM的安全性，防止用户之间的无线电频谱干扰。因此，GSM MOU组织与CEPT达成协议，所有的移动设备要按统一的标准进行检测。设备只要通过“入网许可”，那么所有运营GSM网的成员国的运营者都应认可。同时还成立了入网检测部门，负责检测咨询和授权对全欧所有型号的设备进行检测。通过统一标准，为运营者公布新入网的设备型号，并允许“入网许可”的移动设备在欧洲范围内所有成员国的GSM网运营者中自由销售和使用。

保密管理：
GSM系统对话音和数据都可加密，MOU组织负责管理和提供加密算法，防止用于其他目的。GSM网络运营者一旦选用了加密算法，就应在MOU组织的监督下，负责对算法保密，防止GSM网中的非法盗用。另外，MOU组织还成立了一个数据小组，负责研究GSM有关数据加密方面的问题，这包括数据保护等问题。

漫游测试：
规定联网国家之间的国际漫游测试规范，使漫游用户在GSM网访问地可做被叫和发起呼叫。另外，MOU组织还规定，在任何运营GSM的国家，GSM漫游应是自动的而不应人为限制。

计费方面：
统一计费原则。考虑到竞争，不应试图统一资费标准，但重要的是在GSM网运营者中有共同的原则，即使用户短暂使用其他运营者GSM网，某些信息也应该是连续的。
计费数据互换的商务安排。包括明确结算费率和税率、争议的处理、在有效时限内将用户的帐单有效交换至归属地的频次、推荐运营者之间结算格式。
计费数据交换。漫游用户的费用累计在被访局，由归属局向用户收费。但重要的是要有标准统一的结算设备。MOU组织开发了统一的技术标准用户运营者之间的计费系统。

服务：
在GSM服务方面，许多工作是制定相关规定和商务协调，诸如业务要求和业务实施进度。该组织已有相关手册来描述这些用户关心的内容。

MOU成员：
具有运营GSM 900MHz－GSM业务执照的网络运营者和欧洲电信管理者都可以成为其成员，但要承担资金赞助的义务。加入该组织的程序是由MOU主席提名，全体大会表决通过。
目前，宣布采用GSM系统并参加MOU的国家已经不限于欧洲。至1995年初，全世界共有69个国家约118个经营者参加了MOU，其中有一半是亚非国家。中国电信总局代表下的各省邮电管理局，在1995年2月南非开普敦召开的第30次GSM MOU全体会议上，加入了该组织。
随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐步成为欧洲移动通信网的代名词，欧洲的专家们将GSM重新命名为“Global System for Mobile Communication”，变成了“全球移动通信系统”的简称。而将原来GSM有关的技术职能交给了ETSI。ETSI是欧洲电信标准协会，其职责是开发所有电信领域的新标准。鉴于数字移动业务的蓬勃发展，其标准制定也愈显其重要性。为此，ETSI在众多的技术委员会（TC）中，增设了“特别移动小组”（TC－SMG），用以负责有关数字移动业务标准的制定，SMG GSM900和DCS1800标准的制定，并负责GSM的技术规范；而GSM的MOU将转向商务方面，如计费、漫游的协调、业务开始的时间计划等等。SMG共分为9个分技术委员会，包括GSM标准的所有技术方面。SMG1/2/3/4和SMG9五个分技术委员会处理GSM全系统的核心规范；SMG7和SMG8处理测试方面的规范；SMG7也是MS能够得到型号批准的基础；SMG6规范用于处理GSM网的操作和维护功能。